РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ АНАЛИЗА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Дозморов П.С.

Аспирант, Институт природных ресурсов, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

 

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ АНАЛИЗА ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

  Представлен метод  анализа гранулометрического состава порошков и частиц горной породы и возможности его практической реализации в созданном опытном образце прибора «весовой седиментометр ВС-4» и возможности совершенствования точности в программно-аппаратной части. Ключевые слова: седиментация, слоевая седиментация, программно-аппаратный комплекс, гранулометрический состав. Key words: sedimentation, sedimentation layers, hardware and software system, particle size distribution.   В настоящее время существует научная проблема, связанная с определением гранулометрического состава дисперсных систем, в том числе нано- и микропорошков металлов, сплавов, минеральных, полимерных и композитных материалов, эмульсий и суспензий, биологически активных  веществ,  горных пород. В химических производствах удельная поверхность и размер частиц твердых компонентов определяют кинетику процессов и глубину превращения, однородность состава продуктов синтеза.В геологии гранулометрический состав является основополагающей характеристикой осадочных пород, позволяющий провести правильную интерпретацию геофизических исследований, оценить емкостные и гидродинамические свойства коллекторов углеводородов, идентифицировать их по типу залежи. В бурении скважин анализ гранулометрического состава шлама обеспечивает оценку качества проходки и  скорости осаждения частиц в водной среде. Анализ размеров частиц буровых растворов позволяет оценить их устойчивость к расслоению и контролировать другие параметры. В литературе, посвященной проблемам гранулометрического анализа дисперсных сред, описано множество методов и приборов, с помощью которых измеряются различные характеристики порошкообразных материалов (определение числа частиц и их распределение по фракциям, массовое распределение по фракциям, удельная поверхность и др.). В настоящее время известно около 200 методов и модификаций, применяемых для анализа дисперсности, однако ни один из них не является универсальным, каждый дает определенную информацию о дисперсности и имеет свою предпочтительную область применения. В институте природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета разработан метод весовой седиментации частиц из стартового слоя, который  обеспечивает прямое измерение скорости осаждения частиц и веса накопленного осадка на приемной чашке. По сравнению с   приборами седиментации из объема – весовая седиментация из стартового слоя  значительно расширяет диапазон измеряемых размеров частиц (0,001 – 0,5 мм), обеспечивает запись непрерывной кумулятивной функции накопления осадка и, соответственно, непрерывное распределение частиц по размерам без аппроксимации эмпирическими уравнениями, прямое измерение скорости осаждения частиц, в том числе и частиц неправильной формы. Способ седиментации частиц из стартового слоя  обеспечивает осаждение с одной высоты всех частиц анализируемой пробы  порошка. В результате фиксируются все даже самые крупные частицы, которые при обычных методах седиментационного анализа успевают достигнуть дна кюветы до начала измерений. Для исследования данного метода был разработан опытный образец «Весовой Седиментометр ВС-4» для анализа гранулометрического состава осадочных пород. Принципиальная схема весового седиментометра представлена на рис.1. Частицы анализируемой пробы оседают в жидкости с постоянной скоростью, которая в свою очередь зависит от размера частицы, плотности ее материала, плотности и вязкости жидкости. В процессе осаждения на приемную чашку частицы непрерывно взвешиваются высокочувствительной   системой. В каждую секунду времени персональный компьютер фиксирует положение чашки.

Рис.1 Принципиальная схема седиментометра ВС-4

  Однако он лишен автоматической калибровки. Связь с ПК осуществляется через интерфейс RS232 (COM – порт), который уже не используется в современных компьютерах. Программное обеспечение, существующее сегодня, не удовлетворяет требованиям реализации алгоритмов для анализа гранулометрического состава горных пород, что уменьшает точность измерений и усложняет работу пользователя. На основании анализа существующего программного обеспечения, который показывает отсутствие некоторых алгоритмов для реализации методов анализа гранулометрического состава, нами предлагается создать комплекс, который увеличит точность измерений и эффективность его использования через введение автоматической калибровки, улучшение безопасности при его использовании, универсальность подключения прибора к персональному компьютеру посредством последовательной шины (USB). Предлагается создать уникальное программное обеспечение, которое позволит в реальном времени наблюдать процесс анализа и обеспечит точность расчета гранулометрического состава, а также иметь возможность увеличить точность результатов путем комплексирования полученных значений с различных приборов, реализующие другие методы. Полученный комплекс также может успешно применяться на практике при бурении скважин и разработке месторождений, для гранулометрии буровых растворов и шламов, оценки устойчивости растворов к расслоению, решения экологических задач.

Список использованных источников:

1. Квеско Н.Г., Росляк А.Т. Весовой седиментометр для автоматизированного измерения гранулометрического состава порошков. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. № 7, 2000, С. 37-40.
2. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. – 3е изд. Перераб. – Л.: Химия, 1987, 264с. УДК 539.215.2: (928.511.1.92.2)
3. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений, Л. Физматгиз, 1962г., 352стр.
4. Росляк А.Т., Зятиков П.Н. Воздушно-центробежная классификация микропорошков. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. – 224 с.
5. Щиголев Б.М. Математическая обработка наблюдений, М., 1969г, 344стр.
6. Подготовка и обработка, анализ и представление данных. Электронный ресурс: http://psytest.wordpress.com/